纳米复合材料mxoyc的设计合成及其储锂性能研究

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1、万方数据中图分类号UDC硕士学位论文学校代码!Q§三3密级坌珏纳米复合材料Mx0∥C的设计合成及其储锂性能研究DesignedSynthesesof地0夕CNanocompositesandTheirLi+StoragePropeIrties作者姓名：学科专业：研究方向：学院(系、所)：指导教师：论文答辩日期垫!堡：婴矽刘金龙应用化学新型储能材料化学化工学院钱东教授答辩委员会主席鎏兰垒兰多中南大学2014年5月万方数据ⅢⅢ帅川Ⅲ洲洲㈣IIlllIl学位论文原创性声明Y2686043本人郑重声明，所呈

2、交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中南大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。作者签名：学位论文版权使用授权书本学位论文作者和指导教师完全了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子版

3、；本人允许本学位论文被查阅和借阅；学校可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用复印、缩印或其它手段保存和汇编本学位论文。保密论文待解密后适应本声明。作者签名：诫日期：三坐年』)!日弘一一Ln一一年缒址签期师日万方数据纳米复合材料Mxo夕C的设计合成及其储锂性畿研究摘要：本论文的主要工作是采用水热法和水解法设计合成基于过渡金属氧化物(M。0，=Fe203，Fe304和Ti02)和纳米碳材料(石墨烯硒0和多壁碳纳米管MCNTS)的三维纳米复合材料。采用X】m、FTIR、RamaJ

4、l、TGA、ICP、EDX、XPS、SEM、TEM、硪汀EM和STEM等手段对所合成的复合材料进行了表征。通过循环伏安、恒流充放电和电化学交流阻抗测试考察了它们的储锂性能。得到的主要结论如下：采用简单、绿色、经济的一步尿素辅助水热法合成了三维Fe203／rGO／MCNTS纳米复合材料。粒径约为35nm的赤铁矿Fe203纳米粒子锚定在rGO和MCNTs构筑的三维导电网络中。所合成的Fe203／rGO／MCNTs作为锂离子电池负极材料，表现出显著提高的比容量、循环性能和倍率性能：100mAg_1电流密度

5、下，首次放电容量和充电容量分别为1692和1322mAhg～；循环50次后，容量保持在1118mAhg～；当电流密度升高到1000mAg一，可逆容量高达785mAhg～。采用简单的一步水热自组装法合成了纳微结构的Fe30以GO／MCNTS。直径为0．2—0．5“m磁铁矿Fe304微球分散在rGO／MCNTS中。所得Fe304／rGO／MCNTs具有更加优异的储锂性能：在loomAg-1电流密度下，其首次放电容量和充电容量分别为1452和1036mAhg一；在10Ag叫电流密度下，可逆容量为208mA

6、h矿1；200周循环后，容量保持在776mAhg～，平均库伦效率高达98％。利用简单的氨水辅助水解和煅烧两步合成法制备了锐钛矿Ti02／MCNTS纳米复合材料。粒径约为lOnm的纯锐钛矿Ti02纳米粒子均匀地生长在MCNTS导电网络上。所合成的产物表现出显著提高的电化学性能，尤其是高倍率性能和循环稳定性：10Ag-1(60C)电流密度下，可逆容量高达92mAh手1；0．1AF1电流密度下循环100周，容量保持在185mAhg～；循环过程中，库伦效率高达99％。在以上研究的基础上，采用简单经济的自下而

7、上分级组装的方法设计合成了Ti02／F％0小压CNTS。Ti02修饰的Fe。0。纳米粒子生长在MCNTs骨架之上或其中。所设计合成的Ti02用ep、舢CNTS引入Ti02作为缓冲材料，采用MCNTs骨架作为三维多孔导电／缓冲网络和F气0。纳米车辽子的生长基底，与己报道的同类复合材料相比，表现出压倒性的储锂性能：500和200mAg_1电流密度下，容量分别保持在922和万方数据1089mAhg～；50mA旷1-10Ag_不同电流密度下，具有优异的倍率性能；倍率性能测试后，在500mA旷1电流密度下再循

8、环450周，容量从584mAhg一1上升至922mAh旷1(第420周后容量就稳定在920mAh旷1左右)。Ti02／F％叫CNTS及其类似复合材料在高性能锂离子电池中显示出巨大的应用前景。关键词：三氧化二铁；四氧化三铁；二氧化钛；石墨烯；多壁碳纳米管；储锂性能分类号：28万方数据DesignedSynthesesofMx叫CNanocompositesandTheirLi+StoragePropeniesABS’I’RAC’l’：lnthisthesis，three